气体传感器的制作方法

专利名称：气体传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有保护件的气体传感器，该保护件用来防止暴露 于废气的检测部件接触粘附的水滴。
背景技术：
按照常规技术己知的是，气体传感器具有检测部件，在该检测部件 中，产生的电动势的大小与特定气体(例如，汽车等的废气中所包含的NO"氧化氮)或氧)的浓度相对应，或者该检测部件的阻抗随着上述浓度 而变化。气体传感器与汽车等的排放管连接。由于检测部件暴露在高温 废气中，因此，使检测部件受到包含在废气中并粘附于该检测部件的水 所导致的热震就可能使检测部件破裂或损坏。为了解决这一问题，气体 传感器装配有用于罩住检测部件的保护件，从而防止检测部件接触粘附 的水滴(例如，参考专利文献l)。专利文献1中的气体传感器的保护件具有由内保护件(内部管状部 件)和外保护件(外部管状部件)构成的双重结构，内保护件罩住从金 属壳突起的检测部件的前端部，外保护件沿径向包围内保护件，从而在 内保护件和外保护件之间形成间隙。通过在外保护件中形成的外引入孔 (外壁气体引入孔)将废气引入到外保护件和内保护件之间的间隙中。 然后通过在内保护件中形成的内引入孔(内壁气体引入孔)将废气引入 到内保护件中，从而接触检测部件。专利文献1中的气体传感器的内保护件的前端部形成锥状并且从外 保护件前端突出。在内保护件的前端中形成有排放孔。当在气体传感器 外面流动的废气接触到该锥部时，产生了沿着该锥部的气流，从而在排 放孔附近产生负压力(吸力)。利用这种吸力，将已被引入到内保护件 中的废气通过排放孔迅速排放。具体地说，沿着锥部的气流在位于排放 孔附近的那部分外保护件周围和位于排放孔附近的那部分内保护件周围 产生吸力。[专利文献l]日本未经审査的专利申请(公开)No. 20(H-109125。发明内容但是，在专利文献1的气体传感器中，将内保护件的排放孔的尺寸 设置成能确保废气的排出。因此，在一些情况下，水滴等可能会通过较 大尺寸的排放孔进入内保护件。由于从外面可以直接看见检测部件的前 端部，因此通过排放口进入的水滴会粘附在检测部件上。如果检测部件 受到由粘附的水滴所导致的热震，则检测部件可能破裂或损坏。本发明是针对现有技术的上述问题而作出的，其目的是提供一种具 有保护件的气体传感器，其能有效地防止检测部件接触粘附的水滴，同 时保持良好的气体排放。上述目的可由本发明第一方面(1)提供的气体传感器来实现，所述气体传感器包括检测部件，其沿轴向延伸并且在其前端部具有检测部， 所述检测部检测待测气体中所包含的特定气体组分；壳体，其固持并且 沿径向包围所述检测部件，所述检测部件的检测部从所述壳体的前端部 突出；具有圆周壁的内保护件，所述内保护件具有位于所述圆周壁的前 侧的前端壁和固定在所述壳体的前端部上的后敞开端部，从而将所述检 测部件的检测部容纳在所述内保护件中，所述内保护件具有在其圆周壁 中形成的用于将待测气体引入到所述内保护件中的内引入孔；以及外保 护件，其呈圆柱状，包围着所述内保护件的圆周壁，在所述内保护件和 所述外保护件之间具有间隙，所述外保护件具有在所述外保护件的圆周 壁中形成的用于将待测气体引入到所述间隙中的外引入孔。在本发明第一方面(1)的气体传感器中，至少所述内保护件或所述 外保护件具有形成于其圆周壁的前端侧并且外径朝前减小的锥部。所述内保护件的前端壁包括凹部，所述凹部具有比所述前端壁更靠近所述 检测部件的底壁；连接所述前端壁和所述底壁的侧壁；以及在所述侧壁 中形成的适于排放待测气体的排放孔。在本发明第二方面(2)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) 的结构之外，所述内保护件的圆周壁具有位于所述内引入孔前面的、用 于将已进入所述间隙的水滴引入到所述内保护件中的排出孔；并且所述凹部的排放孔位于所述排出孔后端的前面。在本发明第三方面(3)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) 或(2)的结构之外，所述检测部件呈板的形式，并且所述排放孔与所述 检测部件在轴向上不重叠。在本发明第四方面(4)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) ~ (3)中的任一结构之外，所述排放孔被开设成通孔的形式，所述通孔在 所述凹部的侧壁的两个相互面对的每一个区中。在本发明第五方面(5)的气体传感器中，除了上述的本发明(4)的结构之外，所述检测部件呈板的形式，并且所述内保护件固定在所述 壳体上，从而所述凹部的两个排放孔相互面对的方向与由所述壳体固持 的所述检测部件的厚度方向重合。在本发明第六方面(6)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) ~ (5)中的任一结构之外，所述凹部位于所述锥部后端的前面。在本发明第七实施例(7)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) ~ (6)中的任一结构之外，所述排放孔具有开口，所述开口为梯形形状， 从而所述开口的前端宽度大于所述开口的后端宽度。在本发明第八方面(8)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) ~(7) 中的任一结构之外，所述排出孔位于所述外保护件的外引入孔后端 的前面，并且所述检测部件的前端位于所述外保护件的外引入孔后端的 后面。在本发明第九方面(9)的气体传感器中，除了上述的本发明(1) (8) 中的任一结构之外，所述锥部位于所述内保护件上，并且所述内保 护件从所述外保护件的前端突出，从而所述凹部的底壁位于所述外保护 件前端的前面。在上述的本发明(1)的气体传感器中，排放孔不是直接开设在内保 护件的前端壁中，而是开设在凹部的侧壁中。因此，内保护件的内部和 外部不可能沿着轴向彼此相通。就是说，容纳在内保护件之内的检测部 件的检测部在轴向上由内保护件的前端壁并且由凹部的壁的底部遮挡， 其中所述底部的周边(下文中，称为"底壁")由侧壁环绕。因此，检测
部件的检测部不可能直接暴露于气体传感器的外部。利用这一结构，即 使当水滴等沿着轴向从内保护件的外面进入凹部，该水滴也会被所述底 壁阻隔因而不可能到达检测部件。因此，可以防止检测部件接触粘附的 水滴。因为不必用外保护件罩住整个内保护件(具体地说是内保护件的 前端壁)来防止接触粘附的水滴，因而可以减小内保护件和外保护件的 尺寸，并且因此可以减小气体传感器的尺寸。通过排出孔将已进入外保护件和内保护件之间的间隙中的水滴引入 到内保护件中。根据上述的本发明(2)，排放孔在轴向上位于排出孔后 端的前面。就是说，相对于废气在外保护件和内保护件中流动的路径， 排放孔位于排出孔的下游。这能防止已被引入到内保护件中的水滴又通 过排出孔回流至外保护件和内保护件之间的间隙中，从而防止水残留在 保护件之内。所以，提高了从内保护件之内排水的能力，并且因此可以 防止检测部件接触粘附的水滴。此外，在水滴沿着不同于轴向的方向进入凹部的情况下，该水滴可 能会到达内保护件的内部。根据上述的本发明(3)，排放孔与检测部件 在轴向上不重叠。因此，检测部件不位于在内保护件的内部和外部之间 延伸的经过排放孔的直线上。利用这一结构，即使当水滴沿着不同于轴 向的方向从内保护件外面进入凹部，然后通过排放孔进入内保护件，该 水滴也不会接触到检测部件。因此，可以防止检测部件接触粘附的水滴。根据上述的本发明(4)，在凹部的侧壁的两个相互面对的每一个区 中开设有排放孔，其中不必增大凹部与前端壁的面积百分比就可以增大 排放孔的开口面积。此外，其中不必增大凹部的深度就可以增大排放孔 的开口面积。因此，这一结构可以提高从内保护件的排放孔排放废气和 排出水滴的能力。这些排放孔可以容易地形成，例如，可以通过在前端 壁中形成两个平行的狭缝然后将这两个狭缝之间的部分压入内保护件中 而形成。因此，可以减少制造劳动力，并且可以降低制造成本。根据上述的本发明(5)，内保护件固定在壳体上，使得凹部的两个排放孔相互面对的方向与由壳体固持的检测部件的厚度方向重合。因此， 检测部件在其宽度方向上的相对两端不位于在内保护件的内部和外部之 间延伸的经过排放孔的直线上。利用这一结构，即使当水滴沿着不同于 轴向的方向从内保护件外面进入凹部，然后进入内保护件，该水滴也不 会接触到检测部件。因此，可以防止检测部件接触粘附的水滴。根据上述的本发明(6)，凹部位于锥部后端的前面，从而在轴向上， 凹部的底壁和检测部件的前端之间的距离增大。因此，即使当一部分已 进入凹部并且碰触到底壁的水滴穿过排放孔，然后进入内保护件，这种 飞溅的水花也不可能到达检测部件。因此，可以防止检测部件接触粘附 的水滴。根据上述的本发明(7)，每个排放孔具有梯形开口，因而可以增大每个排放孔的开口面积。此外，不必增大凹部的深度就可以增大每个排 放孔的开口面积。因此，这一结构可以提高从内保护件的排放孔排放废 气和排出水滴的能力。根据上述的本发明(8)，检测部件的前端位于外保护件的外引入孔 后端的后面，内保护件的排出孔位于外引入孔后端的前面。因此，在从 外面朝着外保护件的圆周壁飞溅的水滴等通过外引入孔进入外保护件 中、然后直接穿过内保护件的排出孔从而进入内保护件的情况下，检测 部件的前端不在水滴等的进入方向上。因此，从外面飞溅来的水滴等不 会直接接触到检测部件并且会通过排放孔排放到气体传感器之外，从而 可以防止检测部件接触粘附的水滴。根据上述的本发明(9)，在内保护件上设置有锥部，并且内保护件 从外保护件的前端突出，使得凹部位于外保护件前端的前面。利用这一 结构，内保护件的排放孔相对于废气和水滴在外保护件和内保护件中流 动的路径位于最远的下游。因此，可以进一步提高从排放孔排放废气和 排出水滴的能力。


图1是气体传感器1的局部剖视图。图2包括显示了气体传感器1的保护件100的结构的视图，其中图 2A是侧视图，图2B是从前端侧观察的视图。图3包括显示了气体传感器1的保护件100的结构的视图，其中图 3A是对应于图2A的侧视图，图3B是从前端侧观察的视图。图4包括显示了作为气体传感器1的变型的气体传感器200的内保 护件220的结构的视图，其中图4A是侧视图，图4B是从前端侧观察的 视图。图5是作为气体传感器1的变型的气体传感器350的保护件300的 剖视图。附图标记的说明以下是用来表示附图中的各种结构特征的附图标记1， 200， 350:气体传感器10:检测部件50:金属壳56:前端配合部100:保护件110，310:外保护件112:圆周壁115:外引入孔119:气体隔离室120，220， 320:内保护件121:敞开端部122'322:圆周壁123，313:锥部124，224， 324:前端壁125，225， 325:凹部126，226:底壁127，227:侧壁129，229:气体检测室130:内引入孔150:排出孔160，260:排放孔具体实施方式
下面参照

本发明一个实施例的气体传感器1。但是，本发 明不应该视为受限于此。首先，参照图1~图3以举例的方式说明气体传感器1的结构。图1 是气体传感器1的局部剖视图。图2显示了气体传感器1的保护件100 的结构，其中图2A是侧视图，图2B是从前端侧观察的视图。图3显示 了气体传感器1的保护件100的结构，其中图3A是对应于图2A的侧视 图，图3B是从前端侧观察的视图。显然，在图1~图3中，气体传感器1 的轴线O (由点划线表示)的方向与垂直方向重合。在以下说明中，朝 着被固持在气体传感器1中的检测部件10的检测部11的那一侧称为气 体传感器1的前端侧，朝着后端部12的那一侧称为气体传感器1的后端 侧。图1中所示的气体传感器1与汽车的排放管(图未示)连接。被固 持在气体传感器1中的检测部件10的检测部11暴露在流经排放管的废 气中，从而基于废气中的氧浓度来检测废气的空燃比；也就是说，气体 传感器1是所谓的全程空燃比传感器。在这一技术领域中众所周知的是，检测部件10呈沿着轴线O方向 延伸的板的形式，并且通常是矩形柱状层压板，在该层压板中，用于检 测氧浓度的气体检测部件和用于通过热的应用迅速启动气体检测部件的 加热器部件被层压在一起(图1的纸面上的左-右方向与检测部件10的 厚度方向重合，垂直于该纸面的方向与检测部件10的宽度方向重合)。 气体检测部件由主要含有氧化锆的固体电解质体(图未示)和主要含有 铂的检测电极(图未示)构成。检测电极设置在位于检测部件IO前端的 检测部11处。为了保护检测电极免受废气的损害，检测部件10的检测 部11由保护层15覆盖。检测部件10的后端部12具有五个电极垫16(其 中一个在图1中示出)，以便外接于从气体检测部件以及从加热器部件 延伸的电极。显然，在本实施例的说明中，检测部件IO对应于本发明中 的"检测部件"。但是，严格地说，检测部件并非必须包括加热器部件。在检测部件10的主体部13的轴向中心稍前，设置有底部封闭的管 状金属罩20，从而使得检测部件10插入金属罩20的内部，并且检测部 11从在金属罩20底部形成的开口 25突出。金属罩20是用于将检测部件 10固持在金属壳50中的元件。位于金属罩20底部的外周部处的前端外 周部23朝着金属罩20的管状壁部形成锥状。金属罩20包括由氧化铝制 成的陶瓷环21和通过压紧滑石粉而形成的滑石环22，这样，将检测部件 10插入陶瓷环21和滑石环22中。将滑石环22压碎在金属罩20之内从 而紧密地填充相关空间，以此将检测部件10固持在金属罩20之内的适 当位置。由金属罩20和检测部件10构成的组件由管状金属壳50沿圆周包围 并固持。金属壳50适于将气体传感器1固定连接至汽车的排放管(图未 示)。金属壳50由诸如SUS430等低碳钢形成，并且具有外螺纹部51， 该外螺纹部形成在金属壳50的外周面上并且位于朝着金属壳50前端的 那一侧。金属壳50具有前端配合部56，该前端配合部位于外螺纹部51 的前面并与保护件IOO配合，这将在下面予以说明。金属壳50还具有工 具配合部52，该工具配合部形成在金属壳50的外周面的轴向中心部处， 用于配合安装工具。为了防止气体传感器1与排放管连接之后发生漏气， 在金属壳50处于工具配合部52前端面与外螺纹部51后端之间的那一部 分上装配有垫圈55。金属壳50还具有位于工具配合部52后面的后端配 合部57以及位于后端配合部57后面的弯曲部53，所述后端配合部与将 在后面进行说明的护套30配合，所述弯曲部适于将检测部件10夹持在 金属壳50中。显然，金属壳50对应于本发明中的"壳体"。金属壳50在其内周面上基本对应于外螺纹部51的位置具有台阶部 54。固持着检测部件10的金属罩20的前端外周部23与台阶部54配合。 此外，将滑石环26沿着金属壳50的内圆周从金属罩20的后侧置于金属 壳50中，其放置状态使得检测部件10插入滑石环26中。管状套筒27 装配在金属壳50中，使得从滑石环26的后侧挤压滑石环26。套筒27 具有台阶状肩部28，其形成在套筒27后端部的外周面上。环形卡圈29 设置在肩部28上。在此情况下，将金属壳50的弯曲部53弯曲，从而通 过卡圈29向前挤压套筒27的肩部28。由于被套筒27挤压，滑石环26 被挤碎在金属壳50之内，从而紧密地填充相关空间。借助于先前置于金 属罩20中的滑石环26和滑石环22，将金属罩20和检测部件10固持在
金属壳50之内的适当位置。通过介于弯曲部53与套筒27的肩部28之 间的卡圈29来保持金属壳50内的气密性，从而防止燃烧气体流出。检测部件10的后端部12向后突出并超出金属壳50的后端(弯曲部 53)。后端部12被绝缘陶瓷制成的管状隔离件60罩住。隔离件60在其 内部固持有在检测部件10的后端部12上形成的五个电极垫16以及五个 连接端子61 (其中一个在图1中示出)，这些连接端子与各电极垫16 电连接。此外，隔离件60保护性地容纳连接端子61和对应的五根引线 65 (其中三根在图1中示出)之间的连接，这些引线延伸至气体传感器1 的外部。管状护套30被设置成沿圆周包围上面装配有隔离件60的检测部件 10的后端部12。护套30由不锈钢(例如，SUS304)制成。护套30的 前敞开端31与金属壳50的后端配合部57的外周配合。将敞开端31沿 径向向内弯曲，沿着敞开端31的外周在敞开端31上进行激光焊接，从 而使敞开端31与后端配合部57结合。于是，将护套30和金属壳50结 合为一体。管状金属固持件70设置在护套30和隔离件60之间的间隙中。金属 固持件70具有支撑部71，该支撑部通过将金属固持件70后端向内弯曲 而形成。隔离件60插入金属固持件70内，从而在隔离件60后端部的外 周上形成的突起部62与支撑部71配合，因此，隔离件60由支撑部71 支撑。在此情况下，护套30的设置有金属固持件70的那一部分沿径向 向内弯曲，从而使支撑隔离件60的金属固持件70固定在护套30上。由含氟橡胶制成的扣环75装配在护套30的后端开口中。扣环75具 有五个插孔76(其中一个在图1中示出)。从隔离件60向外延伸的五根 引线65气密性地插入各插孔76中。在此情况下，将护套30对应于扣环 75的那一部分沿径向向内弯曲，从而将扣环75固定在护套30的后端处， 同时向前挤压隔离件60。当检测部件10被固持在金属壳50中时，检测部件10的检测部11 从金属壳50的前端部(前端配合部56)突出。通过点焊和激光焊接，将 保护件100装配并固定在前端配合部56上，从而用于保护检测部件0
的检测部11以避免可能由包含在废气中的积淀物(诸如燃料灰辉和油组 分等有害的粘附物质)污染所导致的泄漏等，并且避免与粘附水滴接触。下面参照图2和图3说明保护件100。如图2A、图2B、图3A和图3B所示，保护件100具有由内保护件 120和外保护件110构成的双重结构。内保护件120呈现为具有前端壁 124和圆周壁122、底部封闭的管状形式，并且具有多个在圆周壁122中 形成的孔。外保护件IIO呈管状形式，从而沿圆周按照一定间隙(下文 中，也称为"气体隔离室")包围内保护件120，并且具有多个在圆周壁 112中形成的孔，所述间隙形成于内保护件120的外周面和外保护件110 的内周面之间。内保护件的前端壁124露出且没有被外保护件110罩住。内保护件120的外径小于金属壳50的前端配合部56。与内保护件 120的敞开端(后端)相关的敞开端部121的直径变大，因而从外面与前 端配合部56配合。对敞开端部121进行激光焊接，该激光焊接是沿着敞 开端部121的整个圆周从外面进行的，从而使内保护件120固定在金属 壳50的前端配合部56上。在圆周壁122的前端侧形成锥部123，该锥部 的直径朝着前端壁124减小。内保护件120的圆周壁122具有多个(本 实施例中为六个)内引入孔130，它们沿圆周布置在相对于轴线O的方 向朝着敞开端部121的位置处。内引入孔130适于主要将通过后面所述 的外保护件110的外引入孔115进入气体隔离室119的废气中的气体组 分引入到内保护件120中，即，引入到有检测部件10的检测部11暴露 在其中的气体检测室129之内。内保护件120的圆周壁122的前端部具 有排出孔150，这些排出孔布置在多个(本实施例中为六个)圆周位置处。 每个排出孔150的形成方式是将L形切口部压向气体检测室129的内部。 排出孔150适于将已被引入气体隔离室119之内的废气所包含的水(水 滴)等，经由气体检测室129引到气体传感器之外。排出孔150位于内 引入孔130的前面。内保护件120的前端壁124具有排放孔160，以用于 将已被引入气体检测室129之内的废气和水滴排放到气体传感器之外。内保护件120的前端壁124具有凹部125，该凹部的形成方式是从 外面将前端壁124的一部分压向内保护件120的内部，从而使其朝着检 测部件10凹入。凹部125呈凹入形状，从而侧壁127围绕着底壁126的
周边。将排放孔160开设成延伸穿过一部分侧壁127。利用这一结构，即使当水滴等从内保护件120外面沿着轴线O的方向进入凹部125，该水 滴也会被底壁126阻挡而不可能到达检测部件10。因此，可以防止检测 部件10接触粘附的水滴。此外，凹部125位于锥部123后端的前面(即， 锥部123和圆周壁122之间的交界处)，从而在轴线0的方向上增大检 测部件10的前端和凹部125的底壁126之间的距离。因此，即使当一部 分已进入凹部125并且碰触到底壁126的水滴穿过排放孔160然后进入 气体检测室129，这种飞溅的水花也不可能到达检测部件10。所以，可 以防止检测部件IO接触粘附的水滴。排放孔160位于排出孔150后端的前面。换句话说，在形成凹部125 时，将凹部125向内压以使得底壁126不位于排出孔150后端的后面。 利用这一结构，相对于废气在外保护件110和内保护件120中流动的路 径，排放孔160位于排出孔150的下游。这能防止已通过排出孔150引 入到气体检测室129中的水滴又通过排出孔150回流至气体隔离室119 中。在本实施例中，在凹部125的侧壁127的两个相互面对区(图2中， 侧壁127的左端区和右端区)之中的每一个区中开设有排放孔160。每个 排放孔160具有梯形的开口，从而该开口的前端宽度(在垂直于轴线O 的方向上，靠近前端壁124的那一侧的测量长度)大于该开口的后端宽 度(靠近底壁126的那一侧的宽度)。因此，可以增大单个排放孔的开 口面积。此外，不必增大凹部125的深度就能增大每个排放孔160的开 口面积。结果是，这一结构可提高从内保护件120的排放孔160排放废 气和排出水滴的能力。将内保护件120固定在金属壳50上，从而两个排放孔160相互面对 的方向与检测部件10的厚度方向(在图2A和图2B中的左-右方向，垂 直于图3A的纸面的方向，以及在图3B中的竖直方向)重合，所述检测 部件呈板的形式，并且其检测部11容纳在气体检测室129中。具体地说， 如图2B和图3B所示，检测部件IO和排放孔160布置成在轴线O的方 向上彼此不重叠。就是说，检测部件IO不位于在内保护件120的内部和 外部之间延伸的经过排放孔160的直线上。更具体地说，从内保护件120的外面经过排放孔160是看不到检测部件10的。利用这一结构，即使当水滴从内保护件120外面沿着不同于轴线O的方向进入凹部125，然后 通过排放孔160进入内保护件120，该水滴也不会接触到检测部件10。 因此，可以防止检测部件IO接触粘附的水滴。如上面所述，如果排放孔160和检测部件10布置成在轴线O的方 向上彼此不重叠，则尽管检测部件IO的厚度方向和两个排放孔160相互 面对的方向彼此不完全一致，也可以充分地保护检测部件10，以免接触 粘附的水滴。例如，可以将检测部件10固定在金属壳50中，从而检测 部件10的轴向(延伸方向)相对于轴线O倾斜，或者检测部件10的厚 度方向和两个排放孔160相互面对的方向可以绕着轴线O彼此偏离。就 是说，如果从外面经过排放孔160观察气体检测室129的内部时看不到 检测部件10，则通过排放孔160从外面进入气体检测室129的水滴不可 能到达检测部件10。因此，可以防止检测部件10接触粘附的水滴。在前端壁124上形成凹部125,使该凹部的中心与轴线O重合，并 且凹部125的底壁126相对于轴线O的方向位于检测部件10的前面。凹 部125的底壁126相对于轴线O的方向位于每个排出孔150后端的前面， 所述排出孔开设在内保护件120的圆周壁122中。因此，排放孔160相 对于轴线O的方向位于每个排出孔150后端的前面。这一结构防止已被 引入到内保护件120中的水滴又通过排出孔150回流至外保护件110和 内保护件120之间的气体隔离室119中。这一结构也防止水残留在保护 件100之内，从而提高从内保护件120之内排水的能力，并因而防止检 测部件IO接触粘附的水。外保护件110的后端部111装配在内保护件120的敞开端部121的 外周上。在外保护件110的后端部111的外周上进行点焊，从而将外保 护件110固定在内保护件120上，同时使外保护件110的后端部111重 叠在内保护件120的敞开端部121上。显然，外保护件110可被激光焊 接到内保护件120上。在内保护件120的锥部123附近，将外保护件110 的前端部113朝着内保护件120的圆周壁122的外周面向内弯曲。这将 会封闭内保护件120的外周面和外保护件110的内周面之间间隙的前端， 因此，该间隙用作上面所述的气体隔离室119。内保护件120的锥部123
相对于轴线O的方向从外保护件110的前端部113向前突出，从而暴露在气体传感器的外部。如上所述，凹部125位于锥部123后端的前面。 因而，凹部125位于外保护件110的前端部113的前面。因此，相对于 废气和水滴在保护件100中流动的路径，排放孔160位于最远的下游位 置。所以，可以进一步提高从排放孔160排放废气和排出水滴的能力。外保护件110的圆周壁112的前端部具有多个(在本实施例中为六 个)外引入孔115,它们沿圆周布置在位于内保护件120的内引入孔130 前面的位置上，并且它们适于在气体隔离室119和外保护件110外部之 间建立流通。每个外引入孔115具有向内延伸的导引部116。导引部116 使得通过外引入孔115从外面引入到气体隔离室119中的废气绕着内保 护件120的圆周壁122的外周面盘旋。此外，相对于轴线O的方向，检 测部件10的前端位于外保护件110的每个外引入孔115后端的后面。此 外，内保护件120的排出孔150位于每个外引入孔115后端的前面。就 是说，在从外面朝着外保护件110的圆周壁112飞溅的水滴等通过外引 入孔115进入气体隔离室119中、然后直接穿过排出孔150从而进入气 体检测室129的情况下，检测部件10的前端不在水滴等的进入方向上。 利用这一结构，从外面飞溅而来的水滴等不会直接接触检测部件10并且 会通过排放孔160排放到气体传感器的外面，从而可以防止检测部件10 接触粘附的水。当这种结构的气体传感器1连接至内燃机的排放管时，从外螺纹部 51向前延伸的气体传感器1的前端部暴露在排放管的外部。流经排放管 的废气从至少一个不同于轴线0的方向(例如，从垂直于轴线0的方向) 碰触到保护件IOO,然后通过外保护件110的外引入孔115被引入到气体 隔离室119中。此时，废气的流动方向由导引部116导引，从而废气沿 着内保护件120的圆周壁122的外周面在气体隔离室119中盘旋。与这 种盘旋相关的惯性力将废气中所包含的气体组分和水彼此分离，因为水 的比重大于气体组分的比重。具有大的比重的水通过排出孔150被引入 到内保护件120的气体检测室129中，而气体组分通过内引入孔130被 引入到气体检测室129中。借助于检测部件10的检测部11和已被引入 到气体检测室129中的废气的气体组分之间的接触，气体传感器1检测废气中所包含的氧浓度。此外，当流经排放管的废气碰触到内保护件120 的锥部123时，就沿着该锥部朝着前端壁124产生气流。这种气流在凹 部125附近产生负压力(吸力)。因此，将气体检测室129之内的废气 和水滴通过排放孔160吸出到气体传感器的外面。以这种方式，建立了 废气在保护件100中流动的路径。上面所述的排放孔160可以这样形成将前端壁124的一部分压入 气体检测室129中而形成凹部125;随后，在侧壁127中形成各个开口。 然而，可以以更简单的过程形成排放孔160。例如，在前端壁124中形成 两个平行的狭缝，然后将两个狭缝之间的中心部压入气体检测室129中， 从而形成凹部125。两个狭缝之间的中心部用作凹部125的底壁126;两 个狭缝之间的中心部的相对端部一起用作侧壁127;并且，这些狭缝形成 为各个排放孔160。本发明不限于上述实施例，而是可以以多种方式修改。例如，本实 施例的凹部125通过将在前端壁124中形成的两个平行狭缝之间的中心 部压向内保护件120的内部而形成。然而，如图4A和图4B所示的气体 传感器200的情况，可以采用以下方法在前端壁224中形成一个狭缝， 然后将该狭缝一侧的那一部分压入内保护件220的气体检测室229中， 从而形成朝着检测部件10凹入的凹部225。在此情况下，凹部225的内 部绕着轴线O从三个方向上被侧壁227环绕，并在剩下的那个方向上开 设排放孔260。底壁226可以充分地防止检测部件10暴露于气体传感器 的外部。此外，在此情况下，将内保护件220固定在金属壳50中，同时 如图4B所示，将检测部件10和排放孔260布置为在轴线0的方向上彼 此不重叠。就是说，将检测部件10和排放孔260布置为当经过排放孔 从外面观察内保护件220的内部时，看不到检测部件10。利用这一结构， 即使当从外面飞溅来的水滴通过排放孔260进入内保护件220时，这种 水滴也不会接触到检测部件10。因此，可以防止检测部件IO接触粘附的 水滴。当然，可以设置三个或更多排放孔。所述凹部可以不必通过设置 狭缝而形成。在此情况下，在随后的步骤中，在由此形成的凹部的侧壁 中形成开口。在图2和图3所示的本实施例的保护件100中，排出孔150和内引
入孔130形成在内保护件120的圆周壁122的同一母线上，并且外引入 孔115形成在外保护件110的一条母线上，该条母线与内保护件120上 形成有排出孔150和内引入孔130的那一母线位于同一径向。然而，排 出孔150和内引入孔130可以形成在不同的母线上，外引入孔115可以 形成在与形成有排出孔150和内引入孔130的那些母线位于不同径向的 母线上。可选的是，排出孔150和内引入孔130可以形成在不同的母线 上，而外引入孔115可以形成在与上述母线之一位于同一径向的母线上。 此外，可选的是，排出孔150和内引入孔130可以形成在同一母线上， 而外引入孔115可以形成在与形成有排出孔150和内引入孔130的那一 母线位于不同径向的母线上。外引入孔115的数量、排出孔150的数量 以及内引入孔130的数量不限于六个。此外，可以没有特定限制地确定 它们的尺寸，只要符合本发明的目的即可。根据本实施例，锥部123形成在内保护件120的圆周壁122的前端 侧上，并且直径朝着前端壁124减小。然而，这种锥部可以形成在外保 护件110的前端侧上。例如，在图5所示的气体传感器350的外保护件 310的情况下，锥部313可以形成在外保护件310的圆周壁312的前端侧 上，并且直径朝着内保护件320的前端壁324减小。正如本实施例的保 护件100的情况，甚至在这种结构的保护件300中，当流经排放管的废 气碰触到外保护件310的锥部313时候，就沿着锥部313朝着内保护件 320的前端壁324产生气流。这种气流在凹部325附近产生负压力(吸力)。 在此情况下，如图5所示，将外保护件310构造成外保护件310的锥部 313的前端基本上与内保护件320的前端壁324齐平。将内保护件320 构造为内保护件320的一部分323不是形成锥状，而是从圆周壁322沿 轴向笔直地延伸。这种结构是优选的，因为从锥部313到前端壁324可 以形成基本上连续的表面，以便将废气顺畅地引向前端壁324。当然，尽 管图中未示出，但外保护件和内保护件都可以具有各自的锥部。在此情 况下，优选的是，使外保护件的锥部与内保护件的锥部连续，从而将废 气沿着这两个锥部顺畅地引向内保护件的前端壁。工业实用性本发明可类似地应用于氧传感器、NOx传感器、HC传感器、温度传 感器等中所使用的保护件。本领域技术人员还应理解，上面示出和说明的本发明的形式和细节 可以作出各种变化。这些变化应该被涵盖在所附权利要求书的精祌和范 围内。本申请基于2006年9月14日提交的日本专利申请No. 2006-250097 和2007年4月24日提交的日本专利申请No. 2007-114357，在此将这两 个日本专利申请的全部内容以引用的方式并入。
权利要求
1. 一种气体传感器，包括检测部件，其沿轴向延伸并且在其前端部具有检测部，所述检测部 检测待测气体中所包含的特定气体组分；壳体，其固持并且沿径向包围所述检测部件，所述检测部件的检测部从所述壳体的前端部突出；具有圆周壁的内保护件，所述内保护件具有位于所述圆周壁的前侧 的前端壁和固定在所述壳体的前端部上的后敞开端部，从而将所述检测 部件的检测部容纳在所述内保护件中，所述内保护件具有在其圆周壁中 形成的、用于将待测气体引入到所述内保护件中的内引入孔；以及外保护件，其呈圆柱状，包围着所述内保护件的圆周壁，在所述内保护件和所述外保护件之间具有间隙，所述外保护件具有在所述外保护 件的圆周壁中形成的、用于将待测气体引入到所述间隙中的外引入孔；其中，至少所述内保护件或所述外保护件具有形成于其圆周壁的前 端侧、并且外径朝前减小的锥部，且其中，所述内保护件的前端壁包括凹部，所述凹部具有 比所述前端壁更靠近所述检测部件的底壁； 连接所述前端壁和所述底壁的侧壁；以及 在所述侧壁中形成的、适于排放待测气体的排放孔。
2. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述内保护件的圆周壁 具有位于所述内引入孔前面的、用于将已进入所述间隙的水滴引入到所 述内保护件中的排出孔；并且所述凹部的排放孔位于所述排出孔后端的前面。
3. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述检测部件呈板的形 式，并且，所述排放孔与所述检测部件在轴向上不重叠。
4. 如权利要求1所述的气体传感器，其中，所述排放孔被开设成通孔的形式，所述通孔在所述凹部的侧壁的两个相互面对的每一个区中。
5. 如权利要求4所述的气体传感器，其中，所述检测部件呈板的形 式，并且，所述内保护件被固定在所述壳体上，从而所述凹部的两个排放孔相 互面对的方向与由所述壳体固持的所述检测部件的厚度方向重合。
6. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述凹部位于所述锥部后端的前面。
7. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述排放孔具有开口， 所述开口为梯形形状，从而所述开口的前端宽度大于所述开口的后端宽 度。
8. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述排出孔位于所述外 保护件的外引入孔后端的前面，并且，所述检测部件的前端位于所述外保护件的外引入孔后端的后面。
9. 如权利要求l所述的气体传感器，其中，所述锥部位于所述内保 护件上，并且，所述内保护件从所述外保护件的前端突出，从而所述凹部的底壁位 于所述外保护件前端的前面。
10. 如权利要求1所述的气体传感器，其中，所述检测部件被构造 成从所述内保护件的外面经过所述排放孔看不到所述检测部件。
11. 一种气体传感器，包括检测部件，其沿轴向延伸并且在其前端部具有检测部，所述检测部检测待测气体中所包含的特定气体组分；壳体，其固持并且沿径向包围所述检测部件，所述检测部件的检测 部从所述壳体的前端部突出；具有圆周壁的内保护件，所述内保护件具有位于所述圆周壁的前侧 的前端壁和固定在所述壳体的前端部上的后端部，从而将所述检测部件 的检测部容纳在所述内保护件中，所述内保护件具有在其圆周壁中形成 的、用于将待测气体引入到所述内保护件中的内引入孔和在其前端壁中 形成的、适于排放待测气体的排放孔；以及外保护件，其具有包围着所述内保护件的圆周壁的圆周壁，并且所述内保护件的圆周壁和所述外保护件的圆周壁之间有间隙，所述外保护 件具有在所述外保护件的圆周壁中形成的、用于将待测气体引入到所述 间隙中的外引入孔，其中，所述内保护件的前端壁露出且没有被所述外保护件罩住，所 述排放孔被构造成从所述内保护件的外面经过所述排放孔看不到所述检 测部件。
全文摘要
气体传感器(1)的检测部件(10)被固持并且容纳在内保护件(120)中的气体检测室(129)之内以受到保护，所述检测部件(10)的检测部(11)从金属壳(50)的前端配合部(56)突出。已被引入到所述气体检测室(129)中的废气通过排放孔(160)排放。所述排放孔通过切下凹部(125)的侧壁(127)的一部分而形成，所述凹部通过将在前端壁(124)中形成的两个狭缝之间的一部分向内压而形成。相对于轴线O的方向，所述凹部(125)的底壁(126)位于所述检测部件(10)的前面，从而防止从外面飞溅来的水滴直接接触所述检测部件(10)。
文档编号G01N27/00GK101144787SQ200710138769
公开日2008年3月19日 申请日期2007年8月16日 优先权日2006年9月14日
发明者大场健弘, 奥村达也, 石川聪, 船桥智彦 申请人:日本特殊陶业株式会社